## STUDI DEBIT ANGKUTAN SEDIMEN DASAR SUNGAI CITARUM DENGAN RUMUS EINTEIN’S, SHIELDS, SCHOKLITSCH’S DAN LABORATORIUM
Marvin 1 dan Wati A. Pranoto 2
1 Program Studi Sarjana Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No.1 Jakarta Email: marvinsubari21@gmail.com
2Program Studi Magister Teknik Sipil, Universitas Tarumanagara, Jl. Letjen S. Parman No.1 Jakarta Email: watip@ft.untar.ac.id

## ABSTRAK
Sungai Citarum  merupakan salah satu sungai terpanjang di  provinsi Jawa Barat dengan  panjang  297 km.  Sungai  Citarum  tidak  hanya  mengalirkan  air,  tetapi  juga  membawa  sedimen  yang  berasal  dari hasil  erosi.    Sampel  yang  digunakan  untuk  penelitian  ini  diambil  di  muara  Ci-Beet.  Penelitian  ini dilakukan di laboratorium Mekanika Tanah dan laboratorium Hidrolika dengan menggunakan sirkular flum,  dilakukan  dengan  menggunakan  3  tabung  sampel  dan  di  tes  dengan  berbagai  kecepatan. Penelitian  ini  difokuskan  pada  angkutan  sedimen  dasar  (bed-load)  dan  dibandingkan  antara  hasil laboratorium dengan 3 pendekatan yaitu Einstein’s, Shields, dan Schoklitsch’s. Untuk debit air 0,0024 –  0,0035  m 3 /s,  angkutan  sedimen  dasar  yang  didapat  di  laboratorium  0,0026  –  0,0557  kg/s/m, pendekatan  Einstein’s  sebesar  0,0175  kg/s/m,  pendekatan  Shields  0,0211  –  0,031  kg/s/m,  dan pendekatan  Schoklitsch’s  0,0065  –  0,0099  kg/s/m.  Dari  ke-3  pendekatan  itu  didapat  bahwa pendekatan Shields yang paling baik untuk digunakan.
Kata kunci: angkutan sedimen dasar, sungai Citarum, percobaan laboratorium, debit.

## 1. PENDAHULUAN

## Latar belakang
Sungai Citarum  merupakan  salah satu  sungai di Indonesia, dengan panjang sungai  utama 297 km, sungai  Citarum menjadi sungai terbesar dan terpanjang di Provinsi Jawa Barat. Wilayah sungai Citarum merupakan Wilayah Sungai Strategis  Nasional  menurut  Permen  PUPR  no.  04  Tahun  2015.  Luas  wilayah  sungai  Citarum  mencapai  1.132.334 Ha.
Sungai Citarum memiliki 19 daerah aliran sungai (DAS), meliputi 10 kabupaten dan 2 kota. Berawal dari mata air yang terletak di Gunung Wayang (Kabupaten Bandung) lalu berakhir di daerah Muara Gembong dengan melewati Kabupaten Bandung/Bandung Barat, Kabupaten Cianjur, Kabupaten Purwakarta, dan Kabupaten Karawang/Bekasi (BBWS Citarum, 2016).
Air  yang  mengalir  pada  sungai  Citarum  selain  membawa  air,  sungai  ini  juga  membawa  berbagai  macam  partikel. Partikel yang terbawa aliran air ini akibat dari erosi yang terjadi pada sungai ini dan daerah aliran sungai. Setelah itu partikel ini dapat mengendap di beberapa bagian sungai karena proses sedimentasi.
Dalam proses sedimentasi, ada banyak faktor yang mempengaruhi transport sedimen. Selain dipengaruhi kecepatan aliran,  angkutan  sedimen  dasar  ( Bed  Load  Transport )  dipengaruhi  juga  oleh  panjang  sungai,  kemiringan  dasar sungai, penampang sungai, dan berbagai parameter lainnya yang mempengaruhi proses sedimentasi.
Banyak  pendekatan  yang  digunakan  para  ahli  untuk  meneliti  dan  mengembangkan  studi  mengenai  angkutan sedimen dasar ( Bed Load Transport ). Penelitian dilakukan untuk membandingkan hasil di laboratorium dengan hasil pendekatan yang dikemukakan oleh beberapa ahli. Pendekatan yang dikemukakan diantaranya (Yang, 1996) :
1. Shear stress approach yang dikemukakan oleh Duboys (1879) dan Shield (1936)
2. Discharge approach yang dikembangkan oleh Schoklitsch (1934, 1943)
3. Probabilistic approach yang dikembangkan oleh Einstein (1942, 1950) dan Brown (1950)
Studi  Debit  Angkutan  Sedimen  Dasar  Sungai  Citarum dengan  Rumus  Einstein’s,  Shields,  Schoklitsch’s  dan Laboratorium

## Batasan masalah
Dalam penelitian ini, batasan-batasan yang digunakan sebagai berikut:
1. Analisa hanya dilakukan pada sampel sedimen kasar Sungai Citarum.
2. Analisa dilaksanakan di laboratorium Mekanika Tanah dan laboratorium Hidrolika.
3. Analisa dilaksanakan di laboratorium dan dengan 3 pendekatan yaitu Einstein’s, Shields, dan Schoklitsch’s.

## Rumusan masalah
Rumusan masalah yang akan dibahas pada penelitian ini:
1. Bagaimana hasil debit angkutan sedimen dasar dari pendekatan Einstein’s, Shields, dan Schoklitsch’s?
2. Bagaimana hasil angkutan sedimen dasar dengan variasi kecepatan pada studi laboratorium?
3. Bagaimana perbandingan hasil laboratorium dan hasil pendekatan rumus?

## Tujuan penelitian
Beberapa tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk  memperoleh  nilai  debit  angkutan  sedimen  dasar  ( q b )  dari  pendekatan  Einstein’s,  Shields,  dan Schoklitsch’s.
2. Untuk mendapatkan nilai angkutan sedimen dasar dengan beberapa variasi kecepatan.
3. Untuk  memperoleh  perbandingan  nilai  debit  angkutan  sedimen  dasar  dari  hasil  laboratorium  dan  hasil pendekatan rumus.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Angkutan Sedimen Dasar ( Bed Load Transport )
Ketika  aliran  air  memenuhi  atau  melampaui  kriteria  untuk  terjadinya  gerakan  pada  lapisan  dasar,  maka  partikel sedimen  yang  berupa  partikel  tanah  akan  mulai  bergerak  terbawa  oleh  aliran  air.  Jika  selama  sedimen  menyentuh dasar  sungai,  ini  disebut  angkutan  sedimen  dasar  ( bed  load  transport ).  Secara  umum,  rata-rata  angkutan  sedimen dasar  di  sungai  berkisar  antara  5-25%    dari  total  aliran.  Namun  material  sedimen  yang  kasar  akan  lebih  tinggi persentase kemungkinan terbawa oleh aliran sebagai angkutan sedimen dasar.
𝑄 𝑎𝑖𝑟 = 𝑣 𝑥 𝐵 𝑥 𝐻 (1) 𝑄 𝑏 = 𝑄 𝑎𝑖𝑟 𝑥 (𝐶𝑠 ∶  1000 ∶  𝐵) (2)
Dengan Cs = konsentrasi sedimen (ppm), Q air = debit air (m 3 /s), v = kecepatan air (m/s), B = lebar saluran (m), H = tinggi air (m), Q b = debit angkutan sedimen dasar (kg/s/m).
Persamaan Angkutan Sedimen Dasar ( Bed Load Transport )
Pendekatan  rumus  empiris  yang  dikembangkan  oleh  para  ahli  tentang  angkutan  sedimen  dasar,  tentu  mempunyai batasan  masing-masing.  Pada  penelitian  ini,  digunakan  3  rumus  yaitu  Einstein’s,  Shields,  dan  Schoklitsch.  Pada rumus  Einstein’s  hanya  menggunakan  diameter  partikel,  sedangkan  Shields  menggunakan  tegangan  geser,  dan Schoklitsch menggunakan debit untuk mencari angkutan sedimen dasar. (Sengupta, 1994)
Einstein’s merumuskan angkutan sedimen dasar dengan menggunakan persamaan
𝚽  = 𝒒𝒃 𝜸𝒔 ( 𝛄 𝜸𝒔−𝛄 𝒙 𝟏 𝒈 𝑫𝟑 ) 𝟏/𝟐 (3)
Shields merumuskan angkutan sedimen dasar dengan menggunakan persamaan
𝒒𝒃 𝜸𝒔 𝒒 𝑺 𝛄 = 𝟏𝟎 (𝝉−𝝉𝒄) ( 𝜸𝒔 −𝜸)𝒅𝟓𝟎
(4)
Schoklitsch’s merumuskan angkutan sedimen dasar dengan menggunakan persamaan
𝑄 𝑏 = 7000 𝑠3/2 𝑑1/2 (𝑞 − 𝑞 𝑐 ) (5)
dengan Φ = parameter intensitas bed load , γ dan γs = Berat jenis air dan berat jenis sedimen (kg/m 2 ), D = diameter sedimen (m), S = kemiringan tanah, q = debit air ((m 3 /s)/m), q c = debit kritis air saat terjadi gerak awal ((m 3 /s)/m).
Nilai Φ diperoleh dari grafik perbandingan pada Gambar 1
Gambar 1. Parameter Intensitas Aliran Terhadap Intensitas Bed Load (Chih Ted Yang, 1996)
Nilai C ( dimensionless shear stress ) didapat dari Gambar 2.
Gambar 2. Diagram Shields (Dake,M. K Jones, 1985 Dalam buku Chih Ted Yang, 1996)
Studi  Debit  Angkutan  Sedimen  Dasar  Sungai  Citarum dengan  Rumus  Einstein’s,  Shields,  Schoklitsch’s  dan Laboratorium
Fanica, et al.

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## Metode Analisis Data
Sebelum dilakukannya analisis data, dilakukan pembelajaran atau studi tentang teori-teori dasar yang berhubungan dengan  topik  pembahasan  dalam  penelitian  yang  akan  dilakukan.  Teori  dasar  yang  digunakan  sebagai  acuan pembelajaran dapat dicari berdasarkan berbagai macam sumber, seperti jurnal, karya ilmiah, buku referensi. Setelah memahami mengenai penelitian ini, dilakukan persiapan sampel lalu melakukan percobaan laboratorium. Kemudian hasil yang didapat dari percobaan laboratorium dibandingkan dengan ketiga pendekatan yaitu pendekatan Einstein’s, Shields, dan Schoklitsch’s.

## 4. ANALISIS DAN PEMBAHASAN

## Sieve Analysis
Dalam  penelitian  ini  dilakukan  percobaan  di  laboratorium  mekanika  tanah  untuk  mengetahui  jenis  tanah  yang digunakan sebagai sampel pada penelitian ini dan data hasil pengujian laboratorium tersaji dalam Tabel 1.
Tabel 1. Resume Sieve Analysis Sieve No 1 Diam. (mm) Wt. retained % reatained % passsing 4 4.75 0.4 0.08 99.92 10 2 6.7 1.34 98.58 20 0.85 21.6 4.32 94.26 40 0.425 110.7 22.14 72.12 60 0.25 229.7 45.94 26.18 140 0.106 40.5 8.1 18.08 200 0.075 0.2 0.04 18.04 pan - 0.3 0.06 sum 410.1
Dalam  Tabel  1.  dapat  mengetahui  ukuran  butiran  yang  paling  mendominasi  pada  sampel  yang  akan  digunakan adalah ukuran diameter 0.25 mm.

## Percobaan laboratorium Hidrolika Hasil Percobaan Berdasarkan Kedalaman
Rangkuman hasil uji laboratorium hidrolika berdasarkan kedalaman dapat dilihat pada Tabel 2, Tabel 3 dan Tabel 4.
Tabel 2. Rekapitulasi Kecepatan Kritis Kedalaman sampel (cm) No Sampel 1 (m/s) 2 (m/s) 3 (m/s) Rata-rata 0 0,10977 0,10394 0,11315 0,10895 -3 0,128 0,12537 0,13928 0,13089 -6 0,1688 0,12706 0,13421 0,14336 -9 0,16936 0,13947 0,14323 0,15069 -12 0,18422 0,15508 0,15056 0,16329
Tabel 3. Rekapitulasi Berat Jenis Basah Kedalaman sampel (cm) No Sampel 1 (g/cm 3 ) 2 (g/cm 3 ) 3 (g/cm 3 ) Rata-rata 0 1,44559 1,66419 1,55892 1,55623 -3 1,48135 1,70309 1,64959 1,61134 -6 1,54784 1,66077 1,6529 1,6205 -9 1,56152 1,66042 1,6561 1,62603 -12 1,61268 1,66638 1,6835 1,65419 Tabel 4. Rekapitulasi Berat Jenis Kering Kedalaman sampel (cm) No Sampel 1 (g/cm 3 ) 2 (g/cm 3 ) 3 (g/cm 3 ) Rata-rata 0 1,09843 1,19932 1,17080 1,15618 -3 1,14603 1,22576 1,19838 1,19006 -6 1,15243 1,19747 1,19211 1,18067 -9 1,16150 1,17347 1,19730 1,17742 -12 1,18709 1,19920 1,21170 1,19933

## Analisis Debit Angkutan Sedimen Berdasarkan Hasil Laboratorium
Rangkuman hasil analisa debit angkutan sedimen dasar dari hasil percobaan laboratorium dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Grafik Perbandingan Debit Air Terhadap Debit Angkutan Sedimen Dasar
0,0000 0,0100 0,0200 0,0300 0,0400 0,0500 0,0600 0,0024 0,0026 0,0028 0,0030
0,0032 0,0034
0,0036 Qb (k g/s /m ) Q air (m 3 /s)

## Q air terhadap Qb Penelitian Laboratorium
Bed-Load Linear (Bed-Load)
Studi  Debit  Angkutan  Sedimen  Dasar  Sungai  Citarum dengan  Rumus  Einstein’s,  Shields,  Schoklitsch’s  dan Laboratorium

## Analisis Debit Angkutan Sedimen Berdasarkan Pendekatan Einstein’s
Hasil analisa debit angkutan sedimen dasar dari Pendekatan Einstein’s dapat dilihat pada Gambar 4.

## Gambar 4. Grafik Debit Air Terhadap Debit Angkutan Sedimen Dasar Einstein’s

## Analisis Debit Angkutan Sedimen Berdasarkan Pendekatan Shields
Hasil analisa debit angkutan sedimen dasar dari Pendekatan Shields dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Grafik Debit Air Terhadap Debit Angkutan Sedimen Dasar Shields
0,01752 0,01755
0,0023 0,0025 0,0027 0,0029 0,0031 0,0033 0,0035 0,0037
Q b ( kg/s /m ) Qair (mᵌ/s) Q terhadap Qb Einstein's Bed load Linear (Bed load) 0,02 0,022 0,024 0,026 0,028 0,03 0,032 0,0023 0,0025 0,0027
0,0029 0,0031 0,0033 0,0035 0,0037 Qb (k g/s /m ) Qair (mᵌ/s) Q air terhadap Qb Shields Bed load Linear (Bed load)

## Analisis Debit Angkutan Sedimen Berdasarkan Pendekatan Schoklitsch’s
Hasil analisa debit angkutan sedimen dasar dari Pendekatan Schoklitsch dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Grafik Debit Air Terhadap Debit Angkutan Sedimen Dasar Einstein’s

## Perbandingan Hasil Laboratorium Dengan Pendekatan Rumus
Rangkuman perbandingan hasil penelitian  laboratorium dengan hasil pendekatan rumus dapat dilihat pada Gambar 7.
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,0022 0,0024 0,0026 0,0028 0,003 0,0032 0,0034 0,0036 0,0038 Qb ( kg /s /m ) Qair (mᵌ/s) Q air terhadap Qb Schoklitsch's Bed load Power (Bed load) 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,0023 0,0025 0,0027 0,0029 0,0031 0,0033 0,0035 0,0037 Qb ( kg /s/ m ) Qair (mᵌ/s) debit angkutan sedimen dasar terhadap debit air
shields research results
einstein schoklitsh Linear (shields) Linear (research results) Linear (einstein) Linear (schoklitsh)
Studi  Debit  Angkutan  Sedimen  Dasar  Sungai  Citarum dengan  Rumus  Einstein’s,  Shields,  Schoklitsch’s  dan Laboratorium

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan analisis yang dilakukan, didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Gradasi  butiran  sedimen  Sungai  Citarum  yang  paling  banyak  berkontribusi  pada  ukuran  diameter  0,25  mm (sieve No.60).
2. Kedalaman lapisan sedimen mempengaruhi kecepatan kritis, berat jenis basah, dan berat jenis kering. Semakin bertambahnya kedalaman maka kecepatan kritis yang dibutuhkan juga semakin besar. Semakin bertambahnya kedalaman maka berat jenis basah dan berat jenis kering yang dihasilkan semakin besar.
3. Hasil penelitian ini, rumus Schoklitsch’s dapat digunakan pada debit air antara 0,0024  – 0,0029 m 3 /s,  rumus Einsteins’s  dapat  digunakan pada  debit  air  antara  0,0029  – 0,0033 m 3 /s,  dan  rumus  Shields  dapat  digunakan pada debit air >0,0033 m 3 /s.
4. Perbedaan  tersebut  berasal  dari  pendekatan  masing-masing  rumus  yang  berbeda,  dimana  pada  rumus Schoklitsch’s menggunakan pendekatan debit ( discharge approach ), rumus Einstein’s tidak memperhitungkan kecepatan  aliran  dengan  asumsi  erosi  dan  pengendapan  yang  terjadi  kecil,  dan  rumus  Shields  menggunakan pendekatan tegangan geser ( shear stress approach ).
5. Besaran debit dalam penelitian 0,0024  – 0,0035 m 3 /s dan debit angkutan sedimen dasar sungai Citarum  yang diperoleh 0,0026 – 0,0557 kg/s/m.

## DAFTAR PUSTAKA
Balai Besar Wilayah Sungai Citarum. 2016. Paparan TKPSDA WS Citarum 20 april 2016. Sengupta S. 1994. Introduction  to  Sedimentology. Indian Institute of Technology Kharagpur. India. Yang,  C.T.  1996. Sediment      Transport      Teory      and      Practice . The MacGraw Companies . United  States  of America .